Mittwoch, Juli 17, 2024

Künstliche Intelligenz durch Hirn-Schaltkreise

Der Hippocampus dient Forschern als Vorlage für die Entwicklung von digitalen Hirn-Schaltkreise, um zukünftig wahre Künstliche Intelligenz zu ermöglichen.

 

Nachwievor ist unser Gehirn der effizienteste Rechner des Planeten. Obwohl Computer immer leistungsfähiger werden, funktionieren sie aber im Prinzip noch wie vor 40 Jahren. Das soll sich jetzt ändern, digitale Hirn-Schaltkreise sollen wahre künstliche Intelligenz ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum, der Technischen Universität Hamburg-Harburg, des Helmholtz-Institutes Ulm und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) wollen gemeinsam Lern- und Gedächtnisprozesse des menschlichen Gehirns technisch nachbilden.

 

Computer rechnen, das Gehirn schätzt … und künstliche Intelligenz?

Trotz stetig leistungsfähigerer Computer ist das Gehirn noch immer in vielen Bereichen der effizienteste Rechner der Welt. Das liegt daran, dass sich die Informationsverarbeitung jeweils stark unterscheidet. Die Technik trennt Datenspeicherung und Logik streng voneinander und mathematische Probleme werden in kleine logische Schritte unterteilt, die dann möglichst schnell wiederholt abgearbeitet werden. Unser Gehirn hingegen erkennt sprachliche und visuelle Muster, führt aber keine genau definierten Rechenschritte durch. Vielmehr „schätzt“ es und kann so sich fortlaufend ändernde und teilweise lückenhaft eingehende Informationen verknüpfen. Ein gigantisches Netzwerk aus etwa 100 Milliarden Neuronen, von denen jedes einzelne über 1.000 Synapsen mit anderen Neuronen verbunden ist, ist daran beteiligt.

Lernen und Gedächtnis beruhen darauf, dass sich dieses Netzwerk durch neue Informationen ständig verändert. Hierbei werden Verbindungen über Synapsen gestärkt, andere aber auch geschwächt. Das führt zu einem weiteren Vorteil biologischer Datenverarbeitung: Das Gehirn ist in der Lage zu abstrahieren und durch Erfahrungen zu lernen. Und dahin sollte sich auch künstliche Intelligenz entwickeln.

 

Vorbild Hippocampus für künstliche Intelligenz

Moderne Computer funktionieren im Prinzip genauso wie ihre Vorläufer in den vierziger Jahren des letzten Jahrhunderts. „Die digitale Revolution, man denke an Internet und Smartphone, begründet sich auf der enormen Steigerung der Informationsverarbeitung in Transistoren und der Möglichkeit, riesige Datenmengen zu speichern“, sagt Physiker Professor Hermann Kohlstedt von der Uni Kiel, Sprecher der neuen Forschergruppe FOR 2093. „Unser Ziel ist eine echte technische Revolution, nämlich die Nachbildung biologischer Lern- und Gedächtnisprozesse.“

Für dieses ehrgeizige Ziel, durch eine technisch revolutionäre Methoden künstliche Intelligenz zu entwickeln, nehmen die Forscher den Hippocampus als Vorbild, denn dieser Teil des Gehirns ist insbesondere für die Gedächtnisbildung sehr wichtig. Dies geschieht in Zusammenarbeit mit der Neurologie des Kieler Universitätsklinikums (UKSH). „Neurowissenschaftler verstehen immer besser wie das Gehirn funktioniert, von der molekularen Ebene bis hin zur Verschaltung ganzer Hirnbereiche“, sagt Professor Thorsten Bartsch, Neurologe am UKSH und Mitglied der Forschergruppe.

Einfach technisch nachbauen lassen sich aber selbst schlichtere neuronale Schaltkreise nicht. Um speziell den trisynaptischen Schaltkreis nachzubilden, müssen neuartige Bauteile entwickelt werden. Mit ihrem Projekt „Memristive Bauelemente für neuronale Schaltungen“ schlägt die Forschergruppe eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und Anwendungsorientierung. Dr. Thomas Mussenbrock, Elektrotechniker an der Universität Bochum und stellvertretender Sprecher des Verbunds, ist vom Erfolg des Forschungsvorhabens überzeugt: „Ich bin mir sicher, dass es uns durch die hier beabsichtigte enge und fachübergreifende Zusammenarbeit zwischen Neurologen, Systemtheoretikern sowie der Materialwissenschaft und Nanoelektronik gelingen wird, neurobiologische Schaltungsprinzpien in technische Systeme zu übertragen.“

Wie die Deutsche Forschungsgemeinschaft Anfang Oktober bekannt gab, unterstützt sie das Verbundprojekt von Uni Bochum, Hamburg-Harburg, Kiel und Helmholtz-Institut Ulm mit zwei Millionen Euro für die ersten drei Jahre Weitere Informationen zur Forschergruppe stehen unter http://www.tf.uni-kiel.de/etit/NANO/forschung3.htm zur Verfügung.

Bild: Künstliche Intelligenz in Fokus: Mitarbeiter der Kieler Arbeitsgruppe Nanoelektronik entwickeln memristive Bauelemente für neuronale Schaltungen. Mit der Sputteranlage (Foto) werden ultradünne Schichten eines Werkstoffs hergestellt. © AG Nanoelektronik

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